草甸草原土壤碳/氮矿化潜力及土壤微生物水分敏感性对极端干旱的响应

土壤碳、氮矿化是生态系统养分循环的关键过程,受到水分供给的强烈影响。本研究对极端干旱处理(连续3年生长季减少66%降水)的内蒙古草甸草原野外取土,采用超低温冻干后再调节土壤水分至3%、8%、13%、18%、25%和35% 6个水平进行室内培养,研究极端干旱处理后土壤碳/氮矿化潜力以及土壤微生物对水分变化的敏感性。结果表明: 与对照(自然降雨)相比,极端干旱处理后,6个培养水平的平均土壤氮矿化潜力显著提高14.2%,但未显著影响土壤碳矿化潜力。极端干旱显著提高土壤微生物生物量氮和土壤可溶性有机碳26.8%和26.9%。无论是对照还是极端干旱处理,土壤氮矿化潜力、碳矿化潜力和微生物生物量碳和氮均随着土壤含水量增加而增加,而可溶性有机碳从较低水分的培养水平(3%和8%)到较高水分的培养水平(>13%)显著降低,表明底物的扩散起到重要作用。极端干旱处理显著提高了碳矿化初始脉冲强度,表明极端干旱提高了土壤微生物对水分的敏感性。极端干旱显著降低了土壤碳矿化潜力/氮矿化潜力的比值,表明长期干旱可能会降低土壤碳、氮循环过程的耦合作用。极端干旱对土壤碳矿化和氮矿化过程的影响存在差异,激发了土壤微生物对水分的敏感性,弱化了碳、氮循环过程的耦合关系,并进一步影响中国北方草甸草原生态系统的生物地球化学循环过程及草地生产力。     

退化高寒草甸狼毒发生区土壤真菌多样性的空间变异

狼毒是青藏高原危害最严重的毒草种类之一,其快速蔓延对高寒草甸生态系统的影响日益严重。选取祁连山中段退化高寒草甸为研究区,综合采用高通量测序技术、地统计学和GIS空间分析方法,分析狼毒发生区土壤真菌多样性的空间变异特征,研究狼毒群落与土壤真菌多样性的空间相关性。结果表明: 与非发生区相比,狼毒发生区土壤真菌群落物种丰富度下降而优势度显著增加,α多样性降低;土壤真菌群落物种构成差异增强,β多样性明显升高。狼毒入侵对土壤真菌多样性的空间格局有一定扰动,发生区各多样性指数的斑块破碎化程度增加,土壤真菌群落物种构成的空间异质性明显增强,α和β多样性的空间稳定性降低。狼毒盖度与土壤真菌α和β多样性指数呈现显著正相关及显著负相关的区域交错镶嵌分布,空间相关性规律不明显,表明狼毒入侵草甸土壤真菌多样性的空间变异可能受地上植被和土壤环境的共同作用。     

钨酸钠对苹果幼苗15N吸收利用、13C积累及果实品质的影响

分别以1年生苹果砧木M9T337幼苗和5年生烟富3/SH6/平邑甜茶为试材,开展盆栽和田间试验,并结合¹⁵N、¹³C同位素示踪技术,研究不同浓度(0、0.5、1、1.5 mmol·L^-1,分别用CK、T₁、T₂和T₃表示)硝酸还原酶(NR)抑制剂钨酸钠对苹果幼苗¹⁵N吸收利用、¹³C积累和成熟期果实品质的影响。结果表明: 盆栽试验中,喷施0.5~1.0 mmol·L^-1钨酸钠可显著抑制幼苗地上部生长,但对根系生长影响不显著;当钨酸钠浓度达到1.5 mmol·L^-1时可显著抑制根系生长。同一时期各处理叶片NR活性与钨酸钠浓度呈负相关,均表现为CK>T₁>T₂>T₃。随处理时间的延长,叶片硝态氮含量总体表现为先升高后降低的趋势,同一时期各处理硝态氮含量与钨酸钠浓度呈正相关,均表现为T₃>T₂>T₁>CK。喷施钨酸钠可不同程度地降低幼苗各器官¹⁵N吸收量和¹⁵N利用率,且钨酸钠浓度越高,抑制幼苗氮素吸收和利用的效果越显著。随钨酸钠浓度的提高,地上部¹³C积累量呈先升高后降低的趋势,在T₂处理时达到最高;幼苗整株¹³C积累量呈相似的规律。田间试验结果表明,喷施钨酸钠可降低成熟期叶片和果实的氮含量,果皮花青苷含量、果实可溶性固形物、可溶性糖含量和糖酸比均不同程度提高,其中T₂处理的效果最好。综上,T₂处理(1.0 mmol·L^-1钨酸钠)可有效抑制幼苗地上部生长,降低¹⁵N吸收利用,提高¹³C积累,有利于果实品质的提高。     

干旱胁迫下喷施外源植物激素对甘薯生理特性和产量的影响

为探讨不同时期干旱胁迫下喷施外源植物激素对甘薯生理特性和产量的影响,明确喷施外源植物激素的最佳时期,在人工控水条件下研究了移栽后20(前期)、60(中期)和100 d(后期)干旱胁迫下喷施6-苄氨基嘌呤(6-BA)、α-萘乙酸(NAA)和脱落酸(ABA)对甘薯内源激素含量、光合荧光特性和产量的影响。结果表明: 与喷清水相比,喷施外源植物激素均能显著提高甘薯产量,以6-BA增幅最大,其次是NAA和ABA;前期喷施效果好于中期和后期。不同时期干旱胁迫下,喷施外源植物激素可显著提高甘薯叶片的光合和叶绿素荧光参数,缓解因干旱引起的玉米素核糖核苷(ZR)和生长素(IAA)含量下降的现象。逐步回归分析表明,内源激素和光合特性是影响甘薯产量的关键指标。通径分析表明,前期干旱胁迫下喷施外源植物激素主要通过影响净光合速率(P_n)、IAA、ZR、最大光化学效率和光化学性能指数来影响甘薯产量。生长前期喷施6-BA可调控甘薯内源激素含量,提高光合特性,有效缓解干旱造成的产量损失。     

敦煌阳关湿地芦苇叶片养分重吸收模式及其对土壤水分的响应

植物叶片的养分重吸收是养分贫瘠生境中植物重要的养分保存机制。研究叶片养分重吸收对土壤水分的响应,有助于了解植物对环境的适应策略。以敦煌阳关湿地优势植物芦苇为对象,研究不同水分条件[高: 33.5%±1.9%、中: 26.4%±1.3%、低: 11.3%±1.5%]下芦苇叶片氮磷重吸收模式及其对土壤水分的响应。结果表明: 1)随着土壤水分下降,土壤N浓度显著降低,芦苇成熟叶片及衰老叶片N浓度显著升高,成熟叶片和衰老叶片P浓度及土壤P浓度均无显著变化。2)高水分条件叶片N重吸收效率为 76.1%,显著高于中(65.5%)、低(62.5%)水分条件;不同水分条件叶片P重吸收效率无显著差异。3)成熟叶片和衰老叶片N浓度与叶片N重吸收效率呈极显著负相关;成熟叶片P浓度与叶片P重吸收效率无显著相关性,而衰老叶片P浓度与叶片P重吸收效率呈极显著负相关。说明土壤水分缺乏不利于叶片N重吸收。     

中国科学院清原森林生态系统观测研究站塔群平台的功能和应用

森林生态系统结构与生态服务功能关系是森林生态学和林学的永恒研究主题。受传统森林调查方法及技术手段的限制,对复杂地形下森林生态系统结构和功能的监测及二者关系的研究面临诸多挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站在独立流域内建成了以观测塔群(三座观测塔覆盖各自子流域代表性森林类型)为主体,集激光雷达(LiDAR)、通量仪器、水文站网、固定标准地和数据中心为综合体的“次生林生态系统塔群激光雷达监测平台”(简称塔群平台)。塔群平台采用激光雷达扫描获取森林点云数据,描述森林生态系统的全息三维结构;依托独立流域/子流域内的通量监测系统、水文监测站网和通量源区内的长期固定标准地,可保证碳-水过程观测的可靠性,并用于验证复杂地形下的通量监测技术与方法,揭示森林生态水文与碳交换过程,准确估算森林生态系统主体生态服务功能(水源涵养和固碳)。所有“塔-站”数据通过无线网络实时汇集于数据中心,便于数据监视、管理与共享。此外,塔群平台将侧重研究森林生态系统结构量化的新方法和新指标,探索复杂地形森林生态系统中H₂O/CO₂/痕量气体通量观测的理论与方法,为阐明森林结构与功能的关系、服务于森林生态系统管理提供基础数据。     

泰国蒙河流域水沙变化趋势及影响因素

水沙变化是影响泰国社会经济发展的重要因素。基于湄公河支流蒙河流域下游乌汶水文站1980—2014年径流量和输沙量监测数据,运用线性回归、Mann-Kendall及小波变化等方法分析了水沙序列的演变规律,探讨了流域水沙变化的驱动力。结果表明: 研究期间,蒙河流域年径流量呈微弱增加趋势,输沙量呈减少趋势;2000年以前,输沙量与径流量保持同步变化,但2000年以来输沙量显著减少;汛期径流量和输沙量均呈下降趋势。水沙突变点的发生年份不完全一致,径流量的突变点分别发生在1999、2006和2011年,而输沙量的突变点为1986、1999和2011年。径流量变化的主周期依次为14、8和4年,输沙量的主周期依次为32、12、9及4年,除输沙量32年变化周期外,水沙变化周期基本一致,均与南方涛动、地极移动、太阳黑子活动等因素有关。月径流量与输沙量具有显著的相关关系。海-气作用和人类活动是流域水沙变化的重要影响因素。厄尔尼诺和拉尼娜与流域降雨关系密切,并直接影响流域水沙变化。2000年以来,流域内建设用地面积增加,林地面积减少,流域产流能力提高,而水库大坝的建设导致流域汛期径流量和输沙量减少,抵消了林地减少对输沙量增加的影响。     

植酶Q9对大田遮阴夏玉米产量和衰老特性的调控作用

黄淮海夏季太阳辐射量降低以及种植密度增加引起了夏玉米冠层光照不足,产量大幅降低。本试验选用夏玉米品种‘登海605'(DH605)为试验材料,设置3个遮阴处理:花粒期遮阴(S₁)、穗期遮阴(S₂)和全生育期遮阴(S₃),以大田自然光照为对照(CK),并选用化控试剂植酶Q9(原液稀释100倍)对遮阴处理和CK进行外源调控,即花粒期遮阴-植酶Q9(S₁Q)、穗期遮阴-植酶Q9(S₂Q)、全生育期遮阴-植酶Q9(S₃Q)及大田自然光照-植酶Q9(CKQ),化控处理以同时期喷施清水为对照,探讨植酶Q9对大田遮阴夏玉米衰老特性的调控作用。结果表明: 遮阴显著降低了夏玉米的叶面积指数(LAI)、功能叶片叶绿素相对含量值(SPAD值)和净光合速率,进而显著降低了夏玉米产量。同时,遮阴夏玉米穗位叶的超氧物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性显著降低,丙二醛(MDA)、游离脯氨酸含量显著增加,可溶性蛋白含量显著降低。喷施植酶Q9后,S₃Q和S₂Q的LAI、功能叶片SPAD值和净光合速率显著提高;S₃Q、S₂Q、S₁Q的MDA和游离脯氨酸含量显著降低,可溶性蛋白含量和POD活性显著提高,S₂Q、S₃Q各时期的SOD和CAT活性显著提高;S₃Q、S₂Q、S₁Q的产量分别较S₃、S₂、S₁平均提高19%、8%、7%,CKQ与CK间无显著差异。因此,喷施植酶Q9通过提高弱光胁迫下夏玉米的光合能力,延缓叶片的衰老,增加产量,可有效缓解弱光胁迫导致的减产危害。     

喀斯特次生林幼树更新空间分布格局及种间关联性

本研究以贵州省喀斯特典型区域紫云苗族布依族自治县撂荒30余年后自然恢复形成的次生林为对象,设置140 m×120 m固定样地,系统调查样地内幼树更新,并采用空间点格局分析方法分析幼树更新优势种群在不同空间尺度下的分布格局和种间关联性。结果表明: 调查样地中幼树共计1291株,包括39个树种,其中光皮桦、化香、马尾松、枫香和山杨5个树种的幼树个体数量总和达83.7%,重要值总和达77.8%,为幼树更新的优势树种。光皮桦、化香和枫香3个幼树优势种群的空间分布格局在0～60 m空间尺度上均呈现较强的聚集分布;马尾松和山杨2个幼树优势种群在小尺度上呈现聚集分布,大尺度上则随机分布。幼树优势种群空间关联性多呈现正关联,仅马尾松与枫香和山杨在小尺度呈现正关联,大尺度呈现不相关。调查样地5个幼树优势种群空间分布格局及种间关联性差别较大,可能与树种的生物学特性、生境及空间资源的利用密切相关。目前,林分多以先锋树种为主,群落结构不稳定;以马尾松和光皮桦为优势种群的松-桦混交林可能成为下一阶段演替方向,建议通过森林经营措施加快植被恢复进程。     

西南旱地油菜田土壤水分和作物光合特征对覆盖材料和垄沟比的响应

为了应对西南地区频发的季节性干旱,提高旱作农田水分利用效率和作物光能利用效率,设置大田试验,研究不同覆盖材料(普通白膜、普通黑膜、生物降解膜和不覆膜)和不同垄沟比(40 cm∶40 cm和40 cm∶80 cm)对土壤贮水量和油菜光合特性、荧光参数、叶绿素相对含量(SPAD)的影响。结果表明: 油菜生育期不同覆盖材料下的土壤贮水量为:普通黑膜垄作(BR)≈普通白膜垄作(WR)≈生物降解膜垄作(BDR)＞不覆膜垄作(NR)＞平作(FP);在同一覆盖材料下,垄沟比对土壤贮水量无显著影响。与平作相比,垄沟集雨处理的净光合速率、气孔导度、最大荧光、可变荧光、PSⅡ最大光化学量子产量、PSⅡ潜在活性、光化学猝灭系数和非光化学猝灭系数均有所提高;与平作相比,WR、BR、BDR和NR处理的SPAD值分别提高6.1%、8.6%、8.5%和3.6%,瞬时水分利用效率分别提高18.3%、11.4%、16.3%和10.4%。相比于平作,BR、WR和BDR处理可显著增加油菜产量,NR处理增产不显著,普通黑膜垄作+垄沟比40 cm∶40 cm处理的经济效益最高。可见,垄沟集雨种植可以改善西南旱地油菜田土壤水分,增强油菜叶片光合能力,提高油菜产量,增加农民收入。